автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Кепстральные методы идентификации систем

.Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт

На правах рукописи .СМИРЕНОВ Владимир Дмитриевич

УДО 681.3/.5.015.87:621.391:534.6.01

КЕПСТРАЛШЫЕ МЕТОДУ ИДЕНТИФИКАЦИИ СИСТЕМ ,05.13.01 .Управление в технических системах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

.Москва - 1990

Работа выполнена в Московском научно-исследовательском и проектном институте типового и экспериментального проектирования.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

А.Н.ВЫСТАНШН.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

И.С.ГОНОРОВСКИЙ,

- доктор физ.-матем. наук, профессор Ю, А.КРАВЦОВ.

Ведущее предприятие - НШ строительной физики Госстроя

СССР.

Защита диссертации состоится " " 1990 г. в

^ час. на заседании специализированного совета K-053.I6.09 при Московском энергетическом институте по адресу: 105835, ГСП, г.Москва, Е-250, ул.Красноказарменная, д. 14, ауд. .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " ГЪ" 1 ^ 1990 г.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направить по адресу совета института.

Ученый секретарь специализированного совета

А.ф.Бочков

'уд^п '""I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. В многочисленных задачах исследования динамических систем, характеризующихся пространственным распространением волновой энергии, часто возникают вопросы идентификации трактов. При многолучевом распространении сигнала в акустике, сейсмологии, океанологии, радиотехнике и т.д. обычно представляют интерес частотные характеристики излучения, передачи, отражения юга поглощения одного из трактов, э то время, как остальные тракты являются источнзками коррелированной (реверберационной) помехи.

Одним из актуальных направлений исследования таких систем является измерение частотных характеристик звукового давления громкоговорителей, а также звукоизоляции и звукопоглощения строительных конструкций.

Существующие метода идентификации систем с пространственным распространением энергия весьма разнообразны и продолжают развиваться. Этот факт объясняется остротой проблемы, связанной с наличием постороннего шума и ре'верберадконной помехи при проведении эксперимента. Несмотря на многообразие подходов, до настоящего времени не решена задача разработки достаточно простого, универсального и информативного метода..

В последние годы во всем мире широко внедряются методы и приборы, в которых используется цифровая обработка сигналов на оо-нове алгоритма быстрого преобразования Фурье (Б®). Благодаря этому появилась- возможность при идентификации систем эффективно использовать двухканальннй спектральный анализ дня борьбы с посторонним щумом и кепстральный анализ для устранения реверберацион-ной помехи. В настоящее время созрели все необходимые предпосылки для решения задачи сочетания помехоустойчивых видов анализа (взаимно-спектрального и кепстрального) при идентификации систем и разработки соответствующих методов.

Цель работы - разработка методов идентификации динамических систем с пространственным распространением волновой энергии, отличающихся от существующих способностью проводить исследования в присутствии постороннего шума ж реверберационной помеха о достаточной точностью и простотой реализации,

В соответствии о основной целью были поставлены следующие задачи:

- получить аналитические выражения для кепстра ревербериру-

ющей системы при измерении частотных характеристик излучения, передачи, отражения и поглощения волновой энергии;

- исследовать возможность коррекции кепстра. для устранения реверберационной помехи; ■ -

- разработать и внедрить измерительную установку, алгоритмы, программы и методики, реализующие кепстралыше методы измерения частотных характеристик излучения, передачи, отражения и поглощения волновой энергии;

- выполнить экспериментальное исследование погрешностей установки измерении частотной характеристики в присутствии шума и реверберационной помехи:

- экспериментально исследовать погрешности кепстрального метода в зависимости от различных типов Корректирующих лифгров и характера реверберационной помехи;

- провести экспериментальные исследования частотных характеристик излучения, передачи, отражения и поглощения различных акустических конструкций и сравнить результаты с теоретическими и с полученными другими методами.

Научная новизна работы состоит в применении кепстральной обработки к результатам взаимно-спектрального анализа; в получении теоретических моделей реверберирунцих систем и выражений для их кепстров при измерении частотных характеристик излучения, передачи, отражения и поглощения волновой энергии; в разработке методики и алгоритмов коррекции кепстров дня устранения реверберационной помехи; в исследовании зависимости точности кепстральных методов от уровней щумовой и реверберационной помех; в исследовании эффективности различных корректирующих лифтров; в получении комплексных частотных характеристик передачи, отражения и поглощения акустической энергии реальных систем.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:

1. Аналитические выражения дня кепстра систем с реверберацией и кепстральный способ помехоустойчивой идентификации этих систем.

2. Методика кепстральных измерений комплексных частот тле характеристик излучения, передачи, отражения и поглощения волновой энергии.

3. Измерительная установка и алгоритмы кепстральных методов.

4. Экспериментальные результаты определения погрешностей ус-

тановки и оценки частотной характеристики в присутствии шума и реверберация; номограмы дан определения параметров анализа.

5. Экспериментальные результаты определения эффективности различных корректирующих лифтров и количественный критерий точности кепстрального метода.

6. Результаты измерений комплексных частотных характеристик излучения, передачи, отражения и поглощения акустических систем. '

Практическая ценность работы. Разработанные кепстральные методы идентификации натли применение при измерении комплексных частотных характеристик звукового давления громкоговорителей, а тайке звукоизоляция и звукопоглощения строительных конструкций в свободном звуковом поле. В отличие от существующих, кепстральные методы позволяют проводить измерения в присутствии шумовой и ревер- ' берационной помех, отказавшись от сооружения дорогостоящих заглушённых акустических камер. Измерения звукоизоляции и звукопоглощения в свободном звуковом поле применяются в нестандартных ситуациях, где неприменимы метода измерения по ГОСТ: испытания шумоза-щиткых экранов, исследование'косвенных путей распространения звука, измерения в больших залах.

Важным результатом работы является действующая измерительная установка на базе ИЕК-20 для двухкавального спектрального и кепстрального анализа сигналов и систем.' Установка управляется специально разработанной для этой цели .диалоговой программой на язшсе Фортран.

Внедрение■результатов работы. Результаты проведенных исследований положены в основу плановых научно-исследовательских работ МНИИТЗП по разработке помехоустойчивых методов акустических измерений в 1988 - 89 гг. Измерительная установка и разработанная диалоговая программа, реализующие кепстральвые методы, внедрены в лаборатории строительной акустики МНИИТЭЕ, где применяются для проверки электроакустических измерительных трактов, а также при исследовании и разработке новых шумозадшннх конструкций.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены:

- да семинаре по вычислительной технике в ИРЭ АН СССР (Москва, 1987 г.);

- на конференции молодых специалистов в МЭИ (Москва, 1987

г.);

- на семинаре "Борьба с шумом и звуковой вибрацией" в МДНТП им. Ф.Э.Дзержинского (Москва, 1988 г.);

- на секции НТО МНИИТЭП (Москва, 1989 г.).'

ПубликациЕ. Результаты выполненных исследований опубликованы в трех статьях.

Структура и объем .диссертации. Лдссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, включающего 82 наименования работ отечественных и зарубежных авторов, четырех приложений. Диссертация содержит 25? страниц, включая 61 шшостра-цию на 58 страницах и приложения на 41 странице.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дан анализ существующих методов экспериментальной идентификации систем, характеризующийся многолучевым распространением сигнала и наличием постороннего шуга.- Показано, что наиболее перспективным являются универсальные метода, позволяющие измерять импульсный отклик отдельного тракта, а затем через его комплексную частотную характеристику вычислять любую из интересующих частотных характеристик излучения, передачи, отражения иди поглощения волновой энергии.

Анализ тенденций развития универсальных методов идентификации показшает, что классический импульсный метод развивался з двух направлениях. Первое направление состоит в применении корреляционного анализа дня вычисления импульсного отклика тракта. При этом достигается устойчивость к постороннему щуьу, а ревербераца-онная помеха устраняется усечением корреляционной функции. Второе направление состоит в применении кепстрального анализа дая устранения реверберацяонной помехи. Кепстр, представляющий собой результат обратного преобразования Фурье логарифмического спектра, является функцией времени и дает возможность более эффективно обнаруживать и устранять реверберационную помеху, чем это позволяет корреляционная функция,

Кепстральный анализ применяется в импульсно-кепстральном методе идентификации, в котором для выделения выходного импульсного сигнала на фоне реверберации применяется коррекция кепстра отклика системы. Операция коррекции кепстра вносит гораздо меньше искажений, чем усечение корреляционной функции, однако импульсно-кеп-стральннй метод чувствителен к постороннему щуму, поскольку измеряется только выходной сигнал системы. В основном же оба уннвер-

сальншс метода хорошо дополняют друг друга. 3 связи с наложенным возникает вопрос о возможности разработки комбинированного универсального метода, сочетающего в себе преимущества существующих.

На диаграмме рис. I показана взаимосвязь рассмотренных универсальных методов и комбинированного корреляционно-кепстрального, разработка которого является целью диссертационной работы. Комбинированный метод сочетает в себе устойчивость к постороннему щпду и к реверберационнои помехе.

Во второй главе теоретически решена задача экспериментального определения комплексных частотных характеристик (ЧХ) излучения, передача, отражения и поглощения волновой энергии отдельных трактов в присутствии постороннего шума и реверберационной помехи. Показано, что комбинированный коррелящкжно-кепстральный метод идентификации наиболее эффективно реализуется с помощью дэухканально-го спектрального анализа на основе алгоритма ЕШ с последующей кепсгральнои обработкой взаимно-спектральной оценки импульсного отклика исследуемой системы.

С использованием комплексного векторного представления дкс-кретазированного сигнала показано, что в наиболее часто встречающейся на практике ситуации наличия шума на выходе исследуемой система, взаимно-спектральная оценка ЧХ глянкмизирует среднеквадратичную случайную ошибку и является устойчивой к постороннему щуму.

Дт устранения реверберационной помехи требуется произвести декомпозиции импульсных откликов идентифицируемого тракта и ревер-берирузощей среды, которые связаны интегральным преобразованием свертки. Такая задача решается с помощью нелинейного фильтра из класса гомоморфных систем, выполняющих векторные преобразования пространства сигналов.

На рис. 2 показан фильтр^, выполняющий развертку импульсных откликов исследуемого тракта & и реверберирующей среды р . Фильтр состоит из нелинейных взаимно-обратных систем О и О"1 , преобразующих пространство с операцией свертки в кепстральное пространство с операцией сложения и обратно, а также из линейного фильтра I. , вырезающего реверберационную помеху. Системы О и 2 обеспечивают однозначность (гомомсрфносгь) преобразования, а фильтр удовлетворяет обобщенному принципу суперпозиции относительно свертки. Фильтр I. представляет собой окно (лифтр) в кепс-тральной области и определяется формой и взаимным расположением сигнала и помехи на оси аргумента кепстра (сачтоты). Для успешной

-в-

с

3 !

ИМПУЛЬСНЫМ МЕТОД

ипшлпкыи

АНАЛИЗ

_Г*

У паишуетойчк»о<т!1\

ЮРРЕглЗДонньил МЕТОД

г

г * ?

— —

а

_&_

(импулкно-КЕпет^АлонмЯ V

метод у

ВО|ЧЕ»ОУСТОИЧЦ61

V

г

«пстрлльиот

АКАЛМ4

ЮК>ЕЛ«Щ,ИОЧНО

кепстрАльнык МЕТОД_

3

Рис. I Методы идентификации систем в условиях иуна и реверберации.

•ш

<8>

0 Г+ + -ь + о"

к, %

Рис. 2 Гомоморфный фильтр для идентификации систем в условиях реверберации.

работы гомоморфного фильтра необходимо, чтобы кепстры сигнала и помехи занимали различные диапазоны на оси сачтот, что обычно выполняется для рассматриваемых задач. На практике системы 0 и 1Г* реализуются с помощью преобразования ¿урье и комплексного логарифмирования.

На рис. 3 а, б показаны установка и эквивалентная блок-схема соответственно при измерении ЧХ акустического излучателя И в присутствии постороннего шума и реверберационной помехи, обусловленной отражающими поверхностями ОП. В эквивалентной схеме использовано дискретное представление сигналов. Если ширина спектра измерительного сигнала ам с генератора Г превышает частотный диапазон излучателя, то устойчивую к шуму оценку ЧХ можно определить по формуле

НрСЮ = НООР(Ю *НММ< $;УОйхр(-3Й^Д = &авМ/&АА(к) , (I)

где НрОО - эквивалентная ЧХ с реверберацией; <3-АЬ(к> - взаимный- спектр измерительного сигнала шп.) и сигнала бел) с микрофона М; - спектр мощности измерительного сигнала; -ЧХ излучателя; РОО - ЧХ реверберируицей среды; - ЧХ реверберацию иных трактов; м - дискретная задержка сигнала на Ь-ом тракте; к - дискретная частота; М - размер ЕШ>.

Кепстр эквивалентной системы Нр имеет вид

ЦМг^'^Нрад} = г ^^^^УР-МЙ«4; С2)

где 3"~Ч'} - обратное преобразование Фурье; И^Ч - кепстр излучателя; - кепстр реверберируищей сре.дн; ^гЫ - импульсные отклики трактов; а4, - обозначение ^.-кратной свертка;

Из (2) следует, что реверберационная помеха рМ аддитивна в кепстре и лежит на оси сачтот правее ат = , поэтому

кепстр излучателя можно выделить с помощью лифтра , а ЧХ излучателя получить после соответствущих преобразований:

нск>.ехр[ЗЧ^)&р<л>>] , (3)

где ?{•} - прямое преобразование Фурье.

Приведенное выражение для кепстра рем из (2) характерно для минимально-фазовой (МФ) передаточной ^¡ункции реверберируицей среды. При невыполнении МФ условий необходимо применять экспонен-

а).

5).

Г'

Нр

* ¡¡>1 о(*)-т»|

н

-I

I.

аад оп \/

¡пипЪпнтг

^(гь)

И

гад

|>1

М1

а ад

I

/I

ей

8).

И

+

лГ«

0-1 Мл

У*

Ол М*

ем

п

е).

I

мг

М-1

ем

а(и)

Рис. 3 Измерение частотных характеристик излучения (а,б), передачи (в,г), отражения в поглощения (д,е).

ИЕнльное взвешивание импульсного отклика эквивалентной системы НР перед вычислением кепстра.

На рис. 3 в, г показаны устанозка и эквивалентная схема при измерении ЧХ передачи перегородки П. Широкополосный измерительный сигнал ifct) с излучателя И облучает исслвдуемуго перегородку, по обе стороны которой расположены микрофоны Mj- и Mg. На блок-схеме рис. 3 г присутствуют эквиваленты реверберпруждих систем Si , с,4 , измерительных трактов "П и М2 п перегородки Н. Отношение взаимно-спектральных оценок ЧХ, измеренных с перегородкой и без нее, дает оценку ЧХ, из которой исключено влияние измерительных трактов и постороннего шут,а:

НрСК?= HttWHr(IC)- HCK>Pi(K)P4CK)/pt(iOPjCK> ,

где Hs0Q- , HttW - оценки ЧХ по сигналам а со и Во), измеренные без перегородки и с ней; Ht*> - ЧХ перегородки; Р^Ю - Р^сЮ _ qj эквивалентных реверберирувщих систем, производных от S4' ~2>з .

Кепстр эквивалентной системы Hp имеет вид

= З^еп.НрЦ = -р^-+P.W , (4)

Л л л

где кепстр перегородки; рл1^ - р^М - кеистры ревербериру-

вщих систем.

Экспоненциальное взвешшакие импульсного отклика itpW) = = обеспечивает Ш условия для передаточной функции Ч(ъ)

и, следовательно, дал входящих з нее сомножителей Р^Сг.") — ПцСа) , где - комплексная переменная. В этом случае

кепстры - имеют вид из (2). А

Как и в случае измерения ЧХ излучателя, кепстр мояет быть выделен лифтром из (4) и преобразован з ЧХ передачи перегородки, через которую рассчитывается звукоизоляция ROO = -10tg|H(tOl .

На рис. 3 д, е показаны установка и эквивалентная схеш при измерении ЧХ отражения или поглощения поверхности П. 3 данном случае полезная информация заключена в отраженном от П сигнале, иоэ-TOf.iy эквивалентная поверхности П система Н входит в реверберирую-цую систем $г на рис. 3 е. После вычисления взаимно-спектральной оценки ЧХ по сигнала:,i микрофонов, получаем кепстр

iptn)= rrtwt^Cti-ao)-^1^^»!©4--!- J t'l^-Пй)®1'-,..■+ р[л) t (5)

где тЛ"-} - определяется измерительным трактом; - импульсный откли& поверхности; 15 - коэффициент ослабления сигнала с расстоянием; п,а - запаздывание отраженного сигнала; - остаточный член кепстра.

При использовании прецизионного измерительного оборудования член "и*) затухает бистро и не вносит искажений в отклик отражателя , сдвинутый на по оси сачтот. Коррекция кепстра (5) лифтром и«.) позволяет выделить составляющую, определяемую только отражателем, через которую вычисляется функция

. (6)

Из (6), оценив X и я0 , нетрудно выделить и получить комп-

лексную ЧХ отражения Н(к) или ЧХ поглощения волновой энергии <ШЧ=А- 1Н«Мг. .

В третьей главе описана лабораторная измерительная установка, алгоритмы обработки данных, методика измерений и оценки погрешностей, Установка, блок-схема которой показана на рис. 4, имеет два идентичных измерительных канала,- работающих с частотой выборки = 15625 Гц поц управлением микроэвм СМ 1300. Частотный диапазон измеряемых сигналов составляет 30 Гц - 6 кГц при частотном разрешении д} = 30 Гц и динамическом .диапазоне 50 дБ. Результаты измерений и обработки записываются на магнитный диск-, выводятся на экран графического терминала или на графопостроитель.

На рис. 5 показан основной алгоритм двухканального спектрального и кепстрального анализа., используемый в-работе установки. Справа показан алгоритм взаимно-спектрального анализа, позволяющий проводить спектральный и корреляционный анализ в объеме возможностей современных двухканальных сигнальных процессоров. Слева показан алгоритм кепсгральной обработки взаимно-спектральной оценки импульсного отклика исследуемой системы. Алгоритм включает в себя подготовку фазовой ЧХ к вычислению кепстра, обработку импульсного отклика (взвешивание или сдвиг), коррекцию кепстра, прямое ,и обратное кепстральные преобразования.

Алгоритмы реализованы в виде двух диалоговых программ (сбор данных и обработка) на Фортране, работающих в пакетном режиме. Программы компонуются в трех областях перекрытия оперативной памяти ИЕК-20, составляющей 64 килобайта. Тексты программ даны в Приложениях.

_ иютчлчциЯ Т»АХТ 2

I -*

ИЗЛУЧАТЕЛЬ 2

ъ&ыт.

KVOttMOU i

1 асидотель ноцноаи ИМР ti4» ГЕНЕРАТОР СИГМАЛОй VT 03008

1

ИЬМВРИТЕлЬКЫЙ КАКАЛ 2,

О—г**

И1МЕРИТЕ\ КАШТАЕКМЙ

•кишат КИДНТБЛй

Е&К 2S0Ô цпгоосж

KiWlTEA. л AttlilTMHuù

¡кадиГЕль -9 УСИЛИТЕ«'!»

MJC seca л1 J RpTOOô-VJ

. HlftiHATEf.S \

I_-ютл^аов___I

$АГЛУ ИОННАЯ КАП EVA

иглучятций ТРЛИТ i

Рас. 4 Блок-схема измерительной установки.

ам-» у

Ы

•I V1

л-ц

"АА

в«— У

4 пМ

е*

Г

4.

Н

"А»

Км 1

1

г чг

й.

Л

Бу <ре> Ч^ТОТИ, ХМУОД

йе

И'

-"Я!

Г-4АЛ.КАМ.

&

БУФЕР

лито —

ЛИЧТР -кслгиг

йт

к

46

{_ __ _йатжо-га^ктральный анализ _{ ц Кепстральная ^обработка ттульгаого^тклшса { .Рис. 5 Алгоритм даухканального спектралыю-кепстрального анализа сигналов и систем.

-1Ь-

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований, выполненных с помощью измерительной установки в акустической заглушённой камере. Проведены сравнительные измерения комплексной ЧХ громкоговорителя классическим методом на гармоническом сигнале, а также взаимно-спектральным методов на установке и на серийном двухканальном анализаторе типа 2034 38сК, используемом в качестве образцового прибора. Установлено хорошее совпадение результатов, полученных двумя методами, а такке определена среднеквадратичная погрешность установки, составляющая 0,5 дБ цдя ЛАЧХ и 6° дня ФЧХ.

Исследовано влияние постороннего шуга на точность оценки ЧХ. Получены зависимости погрешностей ЛАЧХ и ЗЧХ от отношения сигнал-щум (). Установлено, что средняя по частоте функция когерентности имеет линейную зависимость от в диапазоне значппо-го щума (ЗИЛ-^ II дБ). Построены эмпирические номограмн для определения числа спектральных усреднений по для обеспечения заданной точности.

Исследовано влияние реверберациогшой помехи на точность оценки ЛАЧХ и ФЧХ, а также исследованы различные корректирующие лифтры, применяемые при обработке кепстра для устранения резербе-рационной помехи. На рис. 6 показаны функции окна исследовашшх лифтров: ли^тр низких сачтот (ЛНС), гребенчатый лифтр крутой (ГЛК) и гребенчатый лифтр плавный вида 55ъХ /X (ГШ). Функция лифтра 6 (П/) умножается на корректируешй кепстр ?\.р(а) , причем сачтота среза Ло соответствует запаздыванию реверберирующего сигнала. На рис. 7 показаны случайные погрешности ЛАЧХ (а) и 5ЧХ (б), обусловленные помехой в виде запаздывающего на п.0 сигнала (кривая I), теоретические погрешности (1фивая 2), а такие остаточные погрешности после коррекции кепстра лифтрами ГЛК (кривая 3), ГШ (кривая 4) и ЛНС (кривая 5). Коррекция с помощью ЛНС и ГЛП эффективно устраняет реверберационную помеху, однако наилучшим является ГЛП, вносящий меньше собственных искажений.

Проведены измерения кепстральными методами акустических комплексных ЧХ передачи, отражения и поглощения реальных конструкций. На рис. 8 построены 80 % - доверительные интервалы доя звукоизоляции перегородок из орголита (а) и стекла (б) по 4-м измерениям. Отмечается хорошее совпадение результатов измерений с "законом массы" (плавная кривая). На рис. 9 построены ¿С % — доверительные интервалы для звукопоглощения минеральной ваты (а) и конструкции из стеклоткани (б) по 4-м измерениям. В первом случае результаты

6(0.)

ЛНС \

•N/1 с ) №о N/1

глк

т < 1 ) П* £п<> Зло Ш »

г л п 1------------------- \vv-w.

IV

-N/1

О П-в 3«« НИ

.Рис. 6 фушсции окна различных лифтров.

2.6 5Л в<М9МЗв479 216 Яо о.б 44 1А а.о <г,1ч

и во ггб п»

4А 4.6 5.0 ^н

Рис. 7 Случайные погрешности оценки ЧХ при воздействии реверберационной помехи; X ~ разность хода прямого и запаздывающего сигналов.

Рис. 8 Результаты измерения звукоизоляции перегородок из орголита (а) и стекла (й).

Рпс. 9 Результаты измерения звукопоглощения минераловатноИ плиты (а) и конструкции из стеклоткани (б).

измерений согласуются с классическим методом интерферометра (точки на рис- 9 а), а во втором случае экстремумы кривой звукопоглощения соответствуют теоретическим четвертьволновым резонансам конструкции (штриховые линии на рис. 9 б), что подтверждает достоверность результатов, полученных кепстральными методами.

ВЫВОДЫ

1. Сделан анализ существующих методов идентификации систем, характеризующихся пространственным расцространением волновой энергии. Показано, что в условиях многолучевого распространения сигнала остается актуальной задача определения частотных характеристик излучения, передачи, отражения или поглощения волновой энергии отдельного тракта на фоне шума и реверберации. Показано, что наиболее предпочтительными являются универсальные методы, позволяющие измерять основные характеристики трактов через комплексную частотную характеристику.

2. На основе сочетания корреляционного и кепстрального анализов предложен новый подход к решению задачи разработки помехоустойчивого в широком'смысле метода, позволяющего проводить идентификацию отдельных трактов при наличии внешнего пума и ревербера-ционной помехи. - •

3. Теоретически исследована задача идентификации трактов при измерении частотных характеристик излучения, передачи, отражения и поглощения волновой энергии в присутствии щумовой и ревер-берационной помех. Показано, что гомоморфная обработка взаимно-спектральной оценки импульсного отклика системы решает задачу идентификации. Теоретически обосновано, что экспоненциальное взвешивание '"шульсного отклика позволяет сформировать минимально-фазовую передаточную функцию ревербериругацей системы, кепстр которой всегда мояет быть скорректирован для устранения ревербераци-онной помехи.

4. Разработаны двухканальные методы измерения частотных характеристик излучения, передачи, отражения и поглощения волновой энергии в присутствии щума и реверберации. Для обработки сигналов используются дискретное преобразование Фурье и кепстральный анализ. Разработаны методики кепстральных измерений частотных характеристик звукового давления громкоговорителей, а также звукоизоляции и звукопоглощения конструкций в свободном звуковом поле.

Дяя измерений не требуется дорогостоящая заглушённая камера.

5. Разработаны измерительная установка на базе ИЕК-20 для двухканалыгого анализа сигналов и идентификации систем взакмко-спехтральным и кепстральным методами в диапазоне частот 0-6 кГц, а также алгоритмы, предназначенные для управления измерительной установкой. Алгоритмы реализованы в виде двух программ (сбор данных и обработка) на языке ФОРТРАН с подключенными модулями на языке МАКРОАССЕМБЛЕР СМ ЭВМ.

6. Проведены экспериментальные исследования погрешностей установки цра измерении гасготной характеристики излучателя взаимно-спектральным методом в заглушённой камере. В качестве эталона для сравнения использовался классический метод тонального сигнала, а также серийный двухканальный частотный анализатор. Эксперимент свидетельствует о высокой точности измерительной установка.

7. Экспериментально исследовано влияние постороннего шума на точность оценки частотной характеристики. Показано, что средняя по частоте функция когерентности является удобной величиной для оценки уровня помех и необходимого числа спектральных усреднений. Лтя этого используются номограммы, построенные до экспериментальным данным.

8. Экспериментально исследована погрешность оценки комплексной частотной характеристики, вносимая реверберациолной помехой,

а тшсле эффективность применения различных корректирующих лилтров, устраняющих реверберационную помеху в кепстральной области. Установлено, что фактические погрешности хоросо согласуются с теоретическими значениями, рассчитанными по полученной формуле. Показано, что наидучиим с точка зрения остаточной погрешности к вносимых искажений является плавней гребенчатый корректирующий лифтр.

9. Проведены экспериментальные исследования кепстральными методами акустпчесхш: частотных характеристик передачи, отражения и поглощения различных конструкций. Статистическая обработка и рассчитанные доверительные интервалы свкдетельсазуют о высокой точности методов идентификации и совпадении результатов с теоретическими данными и данными, полученными другими методами.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

I. Смиренов В.Д. Оценка частотной характеристики акустической система в условиях шума и реверберации // Звукоизоляция и

защита от шума мши и общественных зданий. - М.: ГлавАПУ, ШИИТЭП,

198?.-С.69-81.

2. Смиренов В.Д. КепстральныЙ анализ при исследовании тумо-звщитньк конструкций// Борьба с шумом и звуковой вибрацией.-М.:

1989,-0.41-47.

3. Смиренов В.Д. Применение кепстрального анализа при измерении частотной характеристики // Радиотехника и электроника.-

1989.-Т.34.-Вьш.12.-С.2563-2568.

Подписано к печати 26- 02. Л- 3 506£.

Уч.-изд. п. С ■ ■ Печ. л. .

Заказ ff■<У . И)Д. N8 А /2$ • Тираж /СО . Беашатно.

Уч.-изд. л. -/О